选用LCR电桥及认识电阻、电容、电感
发布时间:2008/5/24 9:33:55 访问次数:3158
电阻、电容、电感是最常被设计工程师所用的无源器件,但真正了解L、C、R的却不多,愿藉此向各位从事设计、维修等技术的工程师浅谈LCR。
一、理想的L、C、R:
换句话说,在理想状态下,相角(θ)在纯电阻下是0O,在纯电容下是-90O,纯电感则为+90O。
但理想归理想,实际的L、C、R却不是如此单纯,尤其对L、C而言。且看下面分析。
二、中、低频的L、C等效电路:
因为有R的存在,所以电感就不再是+90O,电容也不会是-90O,因此产生了相位角(θ),以三角函数来看:
其中虚部为感抗或容抗,而实部为阻抗,因为感抗与容抗涉及到频率,故在不同的工作频率下就会得到不同的(θ)值。
了解到电感、电容中如果RS的成份越小(或RP越大),则此元器件越趋近于理想,这里我们定义了品质因数(Q)及损耗因数(D):
Q = 1 / D = 虚功 / 实功
以串联等效电路来看,若 流入固定电流I
因此若RS = 0,则Q 变成无穷大,相对的D值 = 0。
并联等效电路亦如此类推,于是可以得到一个结论:
对无源器件而言,Q越大越好,D值越小越好。
三、 电容C的一般应用:
最常用的就是从市电进来(AC)要变成直流。电路如下:
市电(AC220V)经变压器后,再经桥式整流器,此时即成为脉动直流(暂不考虑电解电容C)。
加上电解电容C后,即可变成直流,如下图所示:
但毕竟C并非理想电容,以串联等效电路来看,且加上负载RL后,则电路如下图:
ES即为等效串联电阻(Equivalent Series Resistance, ESR)
当电容充电到峰值后,即会对负载RL放电(放电电流IL),此时,在RS上即产生一个压降(或功率消耗),波形变成:
Vripple (纹波)因此,原本的直流电压就会在上面叠加了一个交流信号,即所谓的纹波,而这纹波的大小除与所加上的负载RL有关外,也与ESR的大小有关,如果ESR太大,则纹波变大,同样,消耗功率也大,这也就是在实际电路工作时,有时在摸电解电容时会发热的原因,若ESR过大,则电解电容发烫,而有爆炸之虞!!
所以在设计时建议工程师,须选用LOW ESR电容。换句话说,此时ESR的测量即成为工程师设计时不可缺少的测量因数。
在高频线路的运用中,通常搭配电感形成滤波器,来对线路的噪声进行抑制或对突如其来的浪涌(Spike)进行电路的保护。此时C的选择就与它的工作频率有关,因此在选择电容进行测量时,就要注意测量频率的多容,通常小电容大多在高频线路中使用,故测量时要注意频率的选择。
另一种应用,以下列式子来描述:
亦即当C固定,若使用恒流源对电容C充电,即可产生斜波,当然仍须注意C的品质。(Q值越大越好,或D值越小越好。)此电容广泛用于在A/D变换器中的双斜率积分电路内。
四、 电感L的一般应用
电感就是一组线圈,不管这组线圈有没有绕在铁蕊上,既然是用线绕成线圈,线上就会有内阻存在。现仍以其串联等效电路说明:
流入电流I,如果RS太大,则消耗功率也大,这是变压器为什么发热的原因。因此,RS的测量就成为必须的一个程序。但仿间的电桥大多为交流电桥,不具备DCR功能,因此便无法测出RS值。
说明如下图所示:
ZL = RS + jWLS
所测出来的值是包含jWLS的ZL而非单纯的RS,此时如能令f=0即可测出Rs的值,如何判断
一、理想的L、C、R:
换句话说,在理想状态下,相角(θ)在纯电阻下是0O,在纯电容下是-90O,纯电感则为+90O。
但理想归理想,实际的L、C、R却不是如此单纯,尤其对L、C而言。且看下面分析。
二、中、低频的L、C等效电路:
因为有R的存在,所以电感就不再是+90O,电容也不会是-90O,因此产生了相位角(θ),以三角函数来看:
其中虚部为感抗或容抗,而实部为阻抗,因为感抗与容抗涉及到频率,故在不同的工作频率下就会得到不同的(θ)值。
了解到电感、电容中如果RS的成份越小(或RP越大),则此元器件越趋近于理想,这里我们定义了品质因数(Q)及损耗因数(D):
Q = 1 / D = 虚功 / 实功
以串联等效电路来看,若 流入固定电流I
因此若RS = 0,则Q 变成无穷大,相对的D值 = 0。
并联等效电路亦如此类推,于是可以得到一个结论:
对无源器件而言,Q越大越好,D值越小越好。
三、 电容C的一般应用:
最常用的就是从市电进来(AC)要变成直流。电路如下:
市电(AC220V)经变压器后,再经桥式整流器,此时即成为脉动直流(暂不考虑电解电容C)。
加上电解电容C后,即可变成直流,如下图所示:
但毕竟C并非理想电容,以串联等效电路来看,且加上负载RL后,则电路如下图:
ES即为等效串联电阻(Equivalent Series Resistance, ESR)
当电容充电到峰值后,即会对负载RL放电(放电电流IL),此时,在RS上即产生一个压降(或功率消耗),波形变成:
Vripple (纹波)因此,原本的直流电压就会在上面叠加了一个交流信号,即所谓的纹波,而这纹波的大小除与所加上的负载RL有关外,也与ESR的大小有关,如果ESR太大,则纹波变大,同样,消耗功率也大,这也就是在实际电路工作时,有时在摸电解电容时会发热的原因,若ESR过大,则电解电容发烫,而有爆炸之虞!!
所以在设计时建议工程师,须选用LOW ESR电容。换句话说,此时ESR的测量即成为工程师设计时不可缺少的测量因数。
在高频线路的运用中,通常搭配电感形成滤波器,来对线路的噪声进行抑制或对突如其来的浪涌(Spike)进行电路的保护。此时C的选择就与它的工作频率有关,因此在选择电容进行测量时,就要注意测量频率的多容,通常小电容大多在高频线路中使用,故测量时要注意频率的选择。
另一种应用,以下列式子来描述:
亦即当C固定,若使用恒流源对电容C充电,即可产生斜波,当然仍须注意C的品质。(Q值越大越好,或D值越小越好。)此电容广泛用于在A/D变换器中的双斜率积分电路内。
四、 电感L的一般应用
电感就是一组线圈,不管这组线圈有没有绕在铁蕊上,既然是用线绕成线圈,线上就会有内阻存在。现仍以其串联等效电路说明:
流入电流I,如果RS太大,则消耗功率也大,这是变压器为什么发热的原因。因此,RS的测量就成为必须的一个程序。但仿间的电桥大多为交流电桥,不具备DCR功能,因此便无法测出RS值。
说明如下图所示:
ZL = RS + jWLS
所测出来的值是包含jWLS的ZL而非单纯的RS,此时如能令f=0即可测出Rs的值,如何判断
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